凸輪軸止推軸承墊技術攻關

■ 中車戚墅堰機車有限公司 （江蘇常州 213011） 陳劍鋒 王寧剛 陳小兵 劉燕杰

凸輪軸止推軸承墊是16V280柴油機機體總成中的重要部件，材料為ZQSn5-5-5（全稱ZCuSn5Pb5Zn5）鑄造銅合金，俗稱錫青銅，該材質具有良好的耐磨性和耐腐蝕性，易加工，鑄造性能及氣密性好，在機體凸輪軸這種較高負荷、中等滑動速度的工況中應用具有良好的優勢。

圖1 零件結構

1. 產品結構特性

凸輪軸止推軸承墊厚度僅4mm，外圓φ172mm，內部中空，屬于薄壁環類零件，銅材質，較普通鋼件類的薄壁件更易變形。該零件在設計時兩平面平行度要求0.02mm，分別有一個偏心的環形油槽（偏心4mm）以及與偏心環形油槽相貫通的徑向直油槽，兩面油槽方向與直油槽位置成180°，用于對整個機構的潤滑及保護，如圖1所示。

2. 產品加工難點

該凸輪軸止推軸承墊加工難點就是總厚度4-0-0.03mm，兩平面的平行度0.02mm以及兩端面的偏心油槽。另外，考慮該產品是薄壁圈類零件，又是銅件，受溫度影響較大，在精加工過程中不管是徑向切削還是軸向切削，都可能由于壁厚太薄而發生振刀現象和產品變形，這種加工條件下所產生的表面粗糙度值及尺寸超差都會直接導致產品報廢。

3. 產品試制過程

在初步試制加工過程中，粗車直接將外圓車到尺寸，厚度及內孔都留有余量，但在最后的精車過程中，發生了一系列的質量問題。一是在去面工序時，使用3.5mm臺階爪夾持軸承墊外圓，軸承墊內端面靠住夾爪法蘭面，車削大平面時發生了微振刀，表面出現波紋狀，此時表面粗糙度值達不到1.6μm，另一面車削時發生了同樣的現象。二是精鏜內孔時也發生了振刀現象，4mm深度的內孔段也是波紋狀。通過后續試驗，改變切削參數及車削刀片等，都無法改善這樣的振刀現象，致使一批產品報廢。

因此需要改變思路，重新進行工藝分析。對于這樣的薄壁件產品，采用自定心卡盤夾持徑向裝夾的方式，產品受到徑向力作用，壓緊力如果太大極易使工件變形，但是夾緊力偏小的話工件容易飛出，并且切削的吃刀量很少，嚴重影響加工效率。因此將原先徑向裝夾的思路改成軸向壓裝，將工件在當前工序非加工面壓緊，加工待加工面，這樣能控制產品變形。

為此，將該產品的精加工拆分為幾個工序，簡言之為兩道軸向車削，即內孔和外圓，兩道徑向車削，即兩側平面，4道端面車削，即兩面環形偏心槽和兩面直槽。對各工序的加工特性及難點進行工藝分析，其中，兩側大平面的車削需要壓裝中間部位，因此在加工該工序時需要通過中間的孔對該工件夾緊，此時就需要內孔留有足夠的夾持余量，遂將工藝內孔尺寸定為φ90mm。

改進后的工藝路線為粗車→車直槽→車偏心槽→精車兩面→鏜內孔，并設計制作對應的車削夾具。

（1）車直槽 由于該產品兩平面都有直槽，且兩面直槽存在90°的交叉分布。為了找尋兩面槽的角度，可以通過在工裝上做4道與產品直槽齊寬的槽，分布在4個象限上。車削完一面槽后，翻轉壓裝，對準兩條槽，翻轉90°就可以車削另外兩條槽，這樣就能充分保證4條槽的位置。

另外，車槽的刀具是用1mm槽刀更換裝刀方式（橫向裝），將刀尖磨成R0.5mm。由于圖樣對槽的深度有要求，粗車工序設定產品厚度公差（5±0.1）mm，因此能保證每次槽深符合圖樣要求，并且不需要對每個產品進行對刀，提升了加工效率。

操作要點：①該直槽的深度尺寸需要分若干刀次進給，每刀0.3mm吃刀量。由于該加工方式屬于擠壓切削，如果單次吃刀量過大，整個環就會出現扭動，導致工件變形。②在一端面直槽加工完后，翻轉裝夾需要確認相對位置，旋轉90°后再加工。

（2）車環形偏心槽 由于兩面的環形偏心槽并不是隨性分布，而是與上一道工序的直槽有相對位置關系，這樣偏心油槽的設計中，油路是從直槽開始流入兩面偏心油槽，再利用工件在旋轉過程中產生的偏心力將環形槽內的油甩入大平面，得到更好地潤滑。利用這樣的原理，設計了與中心水平偏心4mm的偏心車夾具，如圖2所示，

圖2 偏心車夾具

該偏心車夾具由兩部分構成，偏心套和壓裝車夾具。這樣的工裝設計拆裝方便，但是在安裝時需要按照偏心套和車夾具上的標記進行對線安裝，以保證偏心的位置。該車夾具上自定心卡盤后需要標記一個爪和一個槽相對（見圖2），每次產品上工裝后翻身，主軸停住后，找到標記的位置，將產品旋轉90°，再進行壓裝，這樣可以準確地找到位置。諸如此類雙面偏心環形油槽的設計，利用這種校線的方式能夠大幅度減少出錯率。

（3）車端面 由于此凸輪軸止推軸承墊是薄壁件，車削過程中易發生變形，設計如圖3所示工裝進行加工。在130mm內孔處留工藝頭，內孔粗車尺寸90mm，保證單邊能壓裝近20mm，以使工件在加工過程中不會發生變形和振動。最初加工兩面的想法是分兩步，用4mm中置割槽刀，分別車削兩個平面。但是在完成一批次的加工后，發現該車削方案較為繁瑣，且厚度尺寸難控制，每一次車削都需要用百分表來測量壁厚，這樣的方式效率不高，并且對操作者的技能要求較高。

圖3 工裝

通過進一步對刀具進行分析，重新改造一把刀具，如圖4所示。此組合刀具有兩頭刃，兩刃尖中間留有4mm的間隙，就類似于一把左手刀和一把右手刀合并進行車削。由于兩把刀同時切削，車削過程中產生的橫向力可以互相抵消，不會出現車削過程中振刀的情況，也不會發生讓刀現象。這兩把焊接刀材質為YG6，通過螺栓壓緊刀桿，也可以調節左側刀尖的位置來控制尺寸，是一種經濟實用的刀具。這樣的刀具能一次保證壁厚的公差，而且由于銅件的加工對刀具的磨損很小，一把刀可以很好地控制一批產品的尺寸。完成一批次加工后，對薄壁的尺寸進行數據統計，數據都在公差范圍內。而且，這樣的刀具改造具備車削穩定性，可以持續使用。

圖4 改進的刀具

在加工過程中發現，由于兩側的環形油槽，使得該工序車削后很多翻邊內嵌在油槽內，通過鉗工去毛刺的方法費時費力，并且去毛刺的效果不好。通過對該刀具進行分析，發現實際上產生毛刺的原因是刀尖不夠鋒利，車削的銅切屑（去除的端面余量）有一部分沒有分離成細碎的切屑飛出，而是以翻邊的形式嵌入油槽內部。為此，進一步對刀具進行優化，增大刃傾角和后角，使得刀尖更加鋒利，再試車后，完美地解決了翻邊的問題，減少了后續鉗工去毛刺工序，不僅保證了產品質量，而且優化了工序，縮短了產品工藝周期。

（4）鏜內孔 對于上一道工序所留的內孔工藝頭需要去除，但是由于前期試制過程中自定心卡盤夾持外圓去鏜內孔，導致振刀和變形，因而需要通過軸向定位改善。將工件已加工的環形區域定位壓緊再鏜內孔，才能保證已加工面不會發生變形。根據這個思路設計此工裝，如圖5所示。

該工裝由兩部分組成，一個體，一個蓋。體的左端用自定心卡盤夾持，體的右端是凸輪軸止推軸承墊內嵌到臺階處，再用蓋旋緊，這樣工件的兩側大平面可以被工裝牢牢地壓緊，保證在車削過程中不會發生任何變形，也不會損傷已加工的面。

本工序操作要點：在每一個裝夾工件之前，都必須將體和蓋內部臺階面清理干凈，以免銅切屑壓傷工件表面，導致壓緊后工件變形。

圖5 鏜內孔工裝

4. 結語

經批量加工和成品檢驗，軸承墊技術攻關取得了預期的效果，通過裝夾方式和車削刀具的改進，解決了由于壁厚太薄引起的振刀和變形難題，保證了產品質量，可在同類型的薄壁墊環產品中推廣應用。